研究材料

12只大熊貓糞便

 技術(shù)路線

步驟1：依照大熊貓育兒方式分為生母撫養(yǎng)組（APR）和人工飼養(yǎng)組（AHR），收集糞便樣本；

步驟2：宏基因組測序研究不同育兒方式組成年大熊貓腸道微生物組組成和差異；

步驟3：代謝組檢測不同育兒方式組成年大熊貓糞便代謝物組成和差異；

步驟4：宏基因組和代謝組關(guān)聯(lián)分析，發(fā)掘關(guān)鍵菌群和代謝物及兩者間潛在關(guān)聯(lián)。

 研究結(jié)果
 

1. 早期育兒環(huán)境對圈養(yǎng)大熊貓腸道菌群組成的影響

大熊貓腸道菌群中變形菌門和厚壁菌門相對豐度累積超過75%，屬分類學(xué)水平Top20的屬相對豐度累積超過了50%。相較于APR組，AHR組中Escherichia、Citrobacter、Enterobacter和Clostridium相對豐度降低，Klebsiella、Kluyvera、Acinetobacter、Dechloromonas和Lactococcus相對豐度升高。兩組樣本α、β多樣性無顯著差異（p>0.05），表明不同育兒方式的成年大熊貓腸道菌群結(jié)構(gòu)和組成相似（圖1）。

物種差異LEfSe分析結(jié)果顯示，Enterobacter、Lelliottia、Siphoviridae、Bacillus、Clostridium、Sarcina和Streptococcus相對豐度在兩組間存在差異（圖2 a）。
 

圖1 宏基因組學(xué)揭示圈養(yǎng)大熊貓育兒環(huán)境對腸道菌群組成的影響

2. 早期育兒環(huán)境對圈養(yǎng)大熊貓腸道菌群功能的影響

功能差異LEfSe分析顯示，APR組腸道菌群主要富集4種功能，如原核生物中的碳固定途徑；AHR主要富集3種功能，如三萜哌啶和吡啶生物合成途徑（圖2 b）。此外，碳水化合物酶功能注釋結(jié)果顯示，大熊貓腸道菌群功能主要為糖苷類水解酶（GHs）和糖基轉(zhuǎn)移酶（GTs，圖2 c）。

圖2 圈養(yǎng)大熊貓育兒環(huán)境對腸道菌群功能的影響

3.  早期育兒環(huán)境對圈養(yǎng)大熊貓糞便代謝物的影響

Heatmap圖展示了定性顯著差異（VIP>1，p值<0.05）的代謝物在兩組圈養(yǎng)大熊貓中表達(dá)模式存在差異。對顯著差異代謝物和菌群進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示Clostridium tetani和Clostridium sp. MSJ 8與丙酸和甲基丙二酸顯著正相關(guān)，Lelliottia Amnigena與N-乙酰-l-天冬氨酸顯著負(fù)相關(guān)，Enterobacter sp. 638與皮質(zhì)酮顯著負(fù)相關(guān)。KEGG通路映射分析顯示有4種主要的代謝途徑存在顯著差異，如蛋白質(zhì)消化和吸收、丙酸代謝等（圖3）。

圖3 代謝組學(xué)揭示圈養(yǎng)大熊貓育兒環(huán)境對糞便代謝物的影響

小編小結(jié)

該研究表明育兒早期的母體分離環(huán)境沒有影響圈養(yǎng)大熊貓的腸道菌群結(jié)構(gòu)和組成的多樣性，但對成年圈養(yǎng)大熊貓腸道丙酸代謝相關(guān)微生物相對豐度和應(yīng)激相關(guān)糞便代謝物水平有顯著性影響。具體表現(xiàn)為蛋白質(zhì)消化和吸收功能降低、短鏈脂肪酸代謝紊亂，這可能對圈養(yǎng)大熊貓的腸道菌群產(chǎn)生不利影響。這些研究結(jié)果將為提高圈養(yǎng)大熊貓的福利水平提供重要的科學(xué)依據(jù)。